具有优选的无源模式锁定的短脉冲激光设备和用于其的多次反射望远镜制造技术

本发明专利技术涉及具有优选的无源模式耦合的短脉冲激光设备（１１）。所述设备包括谐振器（１２），其包括激光晶体（１４）和定义长谐振器臂（１７）和短谐振器臂（１６）的一些镜子（Ｍ１－Ｍ７，ＯＣ），所述镜子之一（Ｍ１）形成泵光束射入镜，并且另一镜子（ＯＣ）形成激光光束射出器，并且该设备具有多次反射望远镜（１８），其增加谐振器长度并被分配给谐振器臂（１６、１７）。使用镜子（２５、２６）构造所述望远镜，以在以在射入到其间的空间中的激光光束（１５）被射出回到剩余的谐振器之前，在镜子之间来回反射该激光光束（１５）若干次，由此在镜子（２５、２６）上的顺序的离心反射点（１到８∶１’到８’）关于彼此偏置。望远镜（１８）仅包括一个曲面镜（２６）以及平面镜（２５），该平面镜（２５）的位置至少基本上对应于包括两个曲面镜（２６ａ、２６ｂ）的假想多次反射布置的中心（２５’），由此，望远镜（１８）的一个曲面镜（２６）还包括假想的另一曲面镜的反射点。本发明专利技术还涉及用于所述设备的多次反射望远镜（１８）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有优选的无源模式锁定的短脉冲激光器设备，其具有谐振器，该谐振器包括激光晶体以及定义长的谐振器臂和短的谐振器臂的一些镜子，一个臂形成泵光束射入镜，并且另一个形成激光光束射出器，并且该设备具有多次反射望远镜，其增加谐振器长度并且和谐振器臂之一相关联，使用镜子构成该望远镜以在耦合进这些镜子之间的空间的激光光束射出返回剩余谐振器之前，在多个镜子之间多次前后反射该激光光束，在镜子上的顺序离心反射点关于彼此偏置。相似的，本专利技术涉及用于短脉冲激光设备的多次反射望远镜，其用于增加它的谐振器长度，使用镜子构成该多次反射望远镜使得在耦合进这些镜子之间的空间的激光光束被射出返回剩余激光设备之前，在多个镜子之间多次前后反射该激光光束，在镜子上的顺序离心反射点关于彼此偏置。近来，对短脉冲激光设备的兴趣逐渐增加，因为考虑在毫微微秒范围中极短的脉冲持续时间，且峰值脉冲输出＞1MW，可以制造科学和工业方面各不相同的设备。因此，这种具有在毫微微秒范围中的脉冲持续时间的短脉冲激光设备可以用于在电磁辐射和物体之间的相互作用的时间分辨研究。另一方面，考虑材料处理中的小型化的增加，可以精确和高速地生产最精密的结构。具有高输出脉冲能量和高重复速率的毫微微秒激光设备是理想的设备。在这个方面需要的是一种激光设备，其以10MHz量级的脉冲重复速率产生具有10fs量级的脉冲持续时间以及例如25到30nJ的能量的激光脉冲。因为相比早先的激光设备，在一般的钛-蓝宝石-fs激光器中需要的脉冲重复速率在毫微微秒范围中相对低(例如，以10MHz的量级而不是以80MHz的量级)，可以分别实现较高的脉冲峰值输出，或较高的脉冲能量，这正是材料处理中需要的。但是，这种相对低的重复速率反过来意味着激光谐振器中相对长的脉冲往返时间，仅仅通过计算得到谐振器长度增加，例如，从2m到16m，从而造成激光设备的尺寸增加。基于早先由D.Herriott et al公布的，“Off-Axis paths in SphericalMirror Interferometers”，Applied Optics，1964年4月，vol.3，No.4，pp.523-526，之后由S.H.Cho et al提出脉冲往返时间的变长。在文章”Generation of 90-nJ pulses with a 4-MHz repetition-rate Kerr-lens mode-locked TiAl2O3laser operation with net positive and negative intracavitydispersion”，optics letters，2001年4月15日，vol.26，No.8，pp.560-562中，通过提供多通道谐振器部分，这里也被称为“多次反射望远镜”或简单地称为“望远镜”(根据A.Poppe et al的文章，“A Sub-10fs，2.5-MW TiSapphire Oscillator”，Ultrafast optics 1999，pp.154-157，Ascona，瑞士(1999))，因此因为彼此相对布置的镜子上的多次反射，通过在这个谐振器部分中的多个通道增加了脉冲往返的持续时间，并且由此降低了重复速率。在这个方式中，可以增加每个往返中射出的脉冲部分的能量部分。但是，这些已知光学设备，或望远镜的缺点分别在于，对于激光谐振器仍然需要相对大的尺寸，使得激光设备的总的尺寸得到相对体积大的设备。另外，在现有的激光设备中，激光辐射的稳定性也有问题，并且必须考虑到望远镜将使得激光光束的横截面的图像为了稳定性的目的必须尽可能好地适于剩余的谐振器。但是，在现有设备中，情况是已经在望远镜的反射镜的位置中存在些许不精确，并且因此已经发生相对小的谐振器长度改变，造成光束横截面的实质上的改变，结果谐振器总的来说不稳定。另外，对于Cho等人的文章中的激光设备有一缺点，即，其通过望远镜反射镜之一中的切口将激光光束射入望远镜部分，并且通过在镜子中的相应切口再次从这个望远镜中射出，镜子的设计很复杂，并且它的生产存在问题。因此，本专利技术的目的是允许通过增加仍然具有相对小的谐振器尺寸的激光设备中的脉冲往返时间而增加最初定义的短脉冲激光设备中的峰值脉冲输出；另外，使得望远镜很好的适应剩余的谐振器，并且因此，提供在激光光束产生中的高稳定性，并且易于进行对谐振器部分的精密调整。另外，本专利技术的目的是提供简单的适应性装置，用于将激光光束射入和射出谐振器的望远镜区域。本专利技术最初定义的类型的短脉冲激光器布置的特征在于望远镜仅具有一个曲面，优选的凹面镜，以及平面镜，该平面镜的位置至少基本上对应于具有两个曲面镜的假想多次反射布置的中心，由此望远镜的一个曲面镜还包括假想的其他曲面镜的反射点。相似的，本专利技术提供如最初定义的望远镜，并且包括特征性特性作为望远镜的反射镜，仅提供一个曲面，优选凹面镜，以及平面镜，平面镜的位置至少基本上对应于具有两个曲面镜的假想多次反射布置的中心，由此望远镜的一个曲面镜还包括假想的其他曲面镜的反射点。因为上述设计，望远镜的尺寸实际上只有一半并且“被折叠”。这个方法是基于发现当在曲面镜上反射时，激光光束的波阵面呈现近似弯曲的区域，之后波阵面改变直到它在相对布置的镜子上反射使得它对应于在那里占主导的曲面，在其中心实现波阵面是平面的情况；在这个地方根据本专利技术布置平面镜。除了由此获得的尺寸的减少，实质上还可以看到一实质上的优点，即，可以比弯曲底基镜(substratemirror)更低廉的价格生产平面镜(通常在激光谐振器中使用绝缘材料的多层镜子)。作为另外的优点其使得对于这个射入激光光束，或射出激光光束的设备，当在曲面镜和平面镜之间的近似中心发生射入和射出时，足够的空间可用，这是因为在多次反射的过程中创建的相邻的光束路径相对宽的隔开，使得，如将在后面描述的，可以安装合适的射入和射出镜分别用于毫无问题地“分解”一个光束，或光束路径。通过这样，另一方面，可以制造用于多次反射的镜子而没有任何切口，通孔等。考虑激光辐射的稳定性以及应该尽可能简单的望远镜的反射镜的设计，以及在操作期间镜子尽可能低的负载，进一步证明以下所述是有益的如果在一个曲面镜上，在假想的圆周线上，以对应于彼此的弧距离交替布置这个镜子的反射点和假想的另一曲面镜的反射点。因此，通过这个设备，将不会存在在望远镜的反射镜之间激光辐射的光束路径的“交错”，而是，在多反射期间激光光束遵循的光束路径将是Z字形的，对应于近似圆柱的表面或在镜子之间的截头圆锥体的表面。考虑对于在生产技术的应用中短脉冲激光设备的设计，脉冲往返的增加另外适于在一个曲面镜上提供总共八个反射点的情况。为了激光辐射的稳定性，并且在望远镜和谐振器的适应期间，如果在镜子和凹面镜的曲率半径之间的距离对应于下面关系是有益的L/R=1±(1+cosα)/2---(1)]]>其中，L是在曲面镜和平面镜之间的距离的两倍，R是曲面镜的曲率半径，并且α是在实际上和一个曲面镜相关联并位于圆周线上的两个各自连续的反射点之间的中心角。为了简单，稳定的实施例，这里进一步提供望远镜的曲面镜是凹面镜，对其保持下面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有模式锁定的短脉冲激光设备（１１），其具有谐振器（１２），谐振器（１２）包括激光晶体（１４）以及定义长谐振器臂（１７）以及短谐振器臂（１６）的几个镜子（Ｍ１－Ｍ７，ＯＣ），镜子之一（Ｍ１）形成泵光束射入镜，并且另一镜子（ＯＣ）形成激光光束射出器，并且该短脉冲激光设备（１１）具有多次反射望远镜（１８），其增加谐振器长度并和谐振器臂（１６、１７）之一相关联，使用镜子（２５、２６）构造该望远镜，以在射入到其间的空间中的激光光束（１５）被射出回到剩余的谐振器之前，在镜子之间来回反射该激光光束（１５）若干次，在反射镜（２５、２６）上的顺序的离心反射点（１到８∶１’到８’）关于彼此偏置，其特征在于望远镜（１８）仅具有一个曲面镜（２６）以及平面镜（２５），该平面镜（２５）的位置至少基本上对应于具有两个曲面镜（２６ａ、２６ｂ）的假想多次反射布置的中心（２５’），由此，望远镜（１８）的一个曲面镜（２６）还包括假想的另一曲面镜的反射点。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯波佩，安德烈亚斯施廷格尔，
申请(专利权)人：费姆托激光产品股份有限公司，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]